JPWO2017043238A1 - Battery monitoring device - Google Patents
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Abstract
二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた継電器の状態を正しく検出する。正極側メインリレー12は、第1の正極接点と第2の正極接点との間を導通または遮断し、負極側メインリレー15は、第1の負極接点と第2の負極接点との間を導通または遮断する。マイコン2は、第1の正極接点と第1の負極接点との間の第1の電圧と、第2の正極接点と第1の負極接点との間の第2の電圧と、第1の正極接点と第2の負極接点との間の第3の電圧とを測定可能である。マイコン2は、第1の電圧の測定および第2の電圧の測定を同期して行ったときの電圧測定結果に基づいて正極側メインリレー12の状態を検出し、第1の電圧の測定および第3の電圧の測定を同期して行ったときの電圧測定結果に基づいて負極側メインリレー15の状態を検出する。The state of the relay provided respectively on the positive terminal side and the negative terminal side of the secondary battery is correctly detected. The positive main relay 12 conducts or cuts off between the first positive contact and the second positive contact, and the negative main relay 15 conducts between the first negative contact and the second negative contact. Or shut off. The microcomputer 2 includes a first voltage between the first positive electrode contact and the first negative electrode contact, a second voltage between the second positive electrode contact and the first negative electrode contact, and a first positive electrode. A third voltage between the contact and the second negative contact can be measured. The microcomputer 2 detects the state of the positive main relay 12 based on the voltage measurement result when the measurement of the first voltage and the measurement of the second voltage are performed in synchronization with each other. The state of the negative main relay 15 is detected based on the voltage measurement result when the voltage measurement of 3 is performed in synchronization.
Description
本発明は電池監視装置に関する。 The present invention relates to a battery monitoring device.
従来、充放電可能な二次電池を備え、自動車等に搭載された機器に電力を供給する電池システムが知られている。こうした電池システムでは一般に、二次電池と機器との間の導通状態を切り替えるために、二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれリレー(コンタクタ、継電器)が設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a battery system that includes a chargeable / dischargeable secondary battery and supplies power to a device mounted on an automobile or the like is known. In such a battery system, generally, relays (contactors, relays) are provided on the positive electrode terminal side and the negative electrode terminal side of the secondary battery in order to switch the conduction state between the secondary battery and the device.
特許文献1には、車両の走行用バッテリの正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられたコンタクタの溶着を検出する電源装置が開示されている。この電源装置は、簡易の電圧検出回路を備えており、この簡易の電圧検出回路に接続されているスイッチを切り替えることで、コンタクタをオフ状態に制御したときの電池側と出力側の電圧をそれぞれ測定する。その結果、電池側と出力側の電圧が一致していれば、コンタクタが溶着していると判定する。
上記特許文献1に開示された電源装置では、コンタクタの溶着を検出できるが、コンタクタが導通できない状態にある場合には、これを検出することができない。また、電池側の電圧検出タイミングと出力側の電圧検出タイミングとの間には、スイッチの切り替え時間に応じた時間差が生じる。そのため、バッテリの充放電により電圧変動が生じている場合には、コンタクタが溶着されていても、電池側の電圧検出値と出力側の電圧検出値とに差異が生じるため、正常であると判定されることがある。このように、従来の技術では、コンタクタの状態を正しく検出できない場合がある。
In the power supply device disclosed in
本発明による電池監視装置は、二次電池の正極端子および負極端子と負荷の間にそれぞれ接続された正極側継電器および負極側継電器の状態を検出するための電圧測定を行う電圧測定回路と、前記電圧測定回路と前記正極側継電器および前記負極側継電器との間に設けられたインターフェース回路群と、を備え、前記正極側継電器は、前記二次電池の正極端子側に設けられた第1の正極接点と、前記負荷側に設けられた第2の正極接点との間を、導通または遮断し、前記負極側継電器は、前記二次電池の負極端子側に設けられた第1の負極接点と、前記負荷側に設けられた第2の負極接点との間を、導通または遮断し、前記電圧測定回路は、前記第1の正極接点と前記第1の負極接点との間の第1の電圧と、前記第2の正極接点と前記第1の負極接点との間の第2の電圧と、前記第1の正極接点と前記第2の負極接点との間の第3の電圧とを、前記インターフェース回路群を介してそれぞれ測定可能であり、前記第1の電圧の測定および前記第2の電圧の測定を同期して行ったときの前記第1の電圧の測定結果および前記第2の電圧の測定結果に基づいて、前記正極側継電器の状態を検出し、前記第1の電圧の測定および前記第3の電圧の測定を同期して行ったときの前記第1の電圧の測定結果および前記第3の電圧の測定結果に基づいて、前記負極側継電器の状態を検出する。 A battery monitoring device according to the present invention includes a voltage measuring circuit that performs voltage measurement for detecting a state of a positive side relay and a negative side relay connected between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal of a secondary battery and a load, An interface circuit group provided between the voltage measurement circuit and the positive side relay and the negative side relay, wherein the positive side relay is provided on the positive terminal side of the secondary battery. Between the contact and the second positive electrode contact provided on the load side, the negative electrode side relay is a first negative electrode contact provided on the negative electrode terminal side of the secondary battery, The voltage measurement circuit is connected to or disconnected from a second negative electrode contact provided on the load side, and the voltage measurement circuit includes a first voltage between the first positive electrode contact and the first negative electrode contact. The second positive contact and the first positive contact A second voltage between the pole contact and a third voltage between the first positive contact and the second negative contact can be measured via the interface circuit group, and Based on the measurement result of the first voltage and the measurement result of the second voltage when the measurement of the first voltage and the measurement of the second voltage are performed in synchronization, the state of the positive-side relay is determined. Detecting, based on the measurement result of the first voltage and the measurement result of the third voltage when the measurement of the first voltage and the measurement of the third voltage are performed synchronously, the negative electrode side Detect relay status.
本発明によれば、二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた継電器の状態を正しく検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the state of the relay each provided in the positive electrode terminal side and negative electrode terminal side of a secondary battery can be detected correctly.
−第1の実施形態−
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムにおいて、電池監視装置23は、二次電池である組電池11と接続されており、組電池11を構成する各電池セル10の電圧を測定して組電池11を監視する。また、電池監視装置23は、組電池11とインバータ18の間に設けられている正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態をそれぞれ検出し、これらが正常に動作しているか否かを監視する。-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery system including a battery monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the battery system shown in FIG. 1, the battery monitoring device 23 is connected to the assembled battery 11 that is a secondary battery, and monitors the assembled battery 11 by measuring the voltage of each
組電池11は、正極側メインリレー12、プリチャージリレー13および負極側メインリレー15を介してインバータ18と接続されている。正極側メインリレー12は、組電池11の正極端子側とインバータ18側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。負極側メインリレー15は、組電池11の負極端子側とインバータ18側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。プリチャージリレー13は、正極側メインリレー12と同様に、組電池11の正極端子側とインバータ18側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。なお、プリチャージリレー13にはプリチャージ抵抗14が直列に接続されている。
The assembled battery 11 is connected to an
インバータ18は、組電池11から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ19に出力し、モータ19を駆動させる。この際にインバータ18は、組電池11の負荷として作用する。組電池11には、インバータ18と並列に、Xコンデンサ17と、直列接続されたYコンデンサ16Aおよび16Bとが接続されている。
The
電池監視装置23は、電源IC1、マイコン2、通信インターフェース回路3、絶縁通信素子4Aおよび4B、セル電圧監視IC5、リレー制御部7、電流センサインターフェース回路8、センサ接続切替スイッチ群20および高電圧測定インターフェース回路群22を有する。電源IC1は、マイコン2が動作するための電源をマイコン2に供給する。マイコン2は、通信インターフェース回路3および絶縁通信素子4A,4Bを介してセル電圧監視IC5との間で通信を行うことで、組電池11の各電池セル10の電圧測定をセル電圧監視IC5に指示し、その測定結果をセル電圧監視IC5から取得する。またマイコン2は、電流センサインターフェース回路8を介して、電流センサ9で計測された組電池11の充放電電流を取得する。この充放電電流の取得は、組電池11の総電圧の取得と同期して行うことが好ましい。さらにマイコン2は、高電圧測定インターフェース回路群22を介した電圧測定を行うことで、正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態を検出し、これらのリレー状態が正常であるか否かを判定するためのリレー監視制御を行う。このリレー監視制御の詳細については、後で説明する。
The battery monitoring device 23 includes a
セル電圧監視IC5は、マイコン2の指示に応じて、組電池11の各電池セル10の電圧を測定し、その測定結果をマイコン2に出力する。マイコン2は、セル電圧監視IC5から取得した各電池セル10の電圧測定結果に基づいて、各電池セル10間の電圧ばらつきを抑制するためのセルバランシングを必要に応じてセル電圧監視IC5に指示する。
The cell
リレー制御部7は、マイコン2の指示に応じて、正極側メインリレー12、負極側メインリレー15およびプリチャージリレー13の接続状態をそれぞれ切り替える。組電池11からインバータ18への通電を開始するときには、マイコン2はリレー制御部7に対して、負極側メインリレー15とプリチャージリレー13を導通した後、正極側メインリレー12を導通してプリチャージリレー13を開放するように指示する。これにより、最初はプリチャージ抵抗14により突入電流が制限された状態でXコンデンサ17の充電が開始され、Xコンデンサ17が十分に充電された後で、組電池11からインバータ18への電力供給が行われる。またマイコン2は、少なくとも一つの電池セル10において過充電や過放電の恐れがある場合は、正極側メインリレー12、負極側メインリレー15およびプリチャージリレー13を全て開放状態とするようにリレー制御部7に指示する。これにより、組電池11を過充電や過放電から保護する。
The relay control unit 7 switches connection states of the positive-side
センサ接続切替スイッチ群20は、正極側メインリレー12の両接点および負極側メインリレー15の両接点と高電圧測定インターフェース回路群22との接続状態をそれぞれ切り替えるための複数のスイッチにより構成される。センサ接続切替スイッチ群20は、切替スイッチ20A1、20A2、20B1、20B2、20C1および20C2を有する。切替スイッチ20A1は、組電池11の負極端子側に設けられた負極側メインリレー15の接点(以下、第1の負極接点と称する)と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。切替スイッチ20A2は、組電池11の正極端子側に設けられた正極側メインリレー12の接点(以下、第1の正極接点と称する)と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。切替スイッチ20B1は、切替スイッチ20A1と同様に、第1の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。切替スイッチ20B2は、インバータ18側に設けられた正極側メインリレー12の接点(以下、第2の正極接点と称する)と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。切替スイッチ20C1は、インバータ18側に設けられた負極側メインリレー15の接点(以下、第2の負極接点と称する)と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。切替スイッチ20C2は、切替スイッチ20A2と同様に、第1の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続されている。なお、切替スイッチ20A1、20A2、20B1、20B2、20C1および20C2の切替状態は、マイコン2によってそれぞれ制御される。
The sensor connection
高電圧測定インターフェース回路群22は、マイコン2と正極側メインリレー12および負極側メインリレー15との間に設けられている。マイコン2は、高電圧測定インターフェース回路群22を介して、第1の正極接点と第1の負極接点との間の電圧(以下、第1の電圧と称する)と、第2の正極接点と第1の負極接点との間の電圧(以下、第2の電圧と称する)と、第1の正極接点と第2の負極接点との間の電圧(以下、第3の電圧と称する)とをそれぞれ測定可能である。すなわち、マイコン2は、高電圧測定インターフェース回路群22を用いることで、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧を測定するための電圧測定回路として機能する。
The high voltage measurement
本実施形態において、高電圧測定インターフェース回路群22は、3つのインターフェース回路22A、22Bおよび22Cにより構成されている。インターフェース回路22Aは、切替スイッチ20A1および20A2を介して、第1の電圧をマイコン2に出力する。インターフェース回路22Bは、切替スイッチ20B1および20B2を介して、第2の電圧をマイコン2に出力する。インターフェース回路22Cは、切替スイッチ20C1および20C2を介して、第3の電圧をマイコン2に出力する。なお、インターフェース回路22A、22Bおよび22Cは、抵抗器、コンデンサおよびオペアンプを組み合わせてそれぞれ構成されており、第1〜第3の電圧をマイコン2での測定に適した電圧レベルへとそれぞれ変換する。また、インターフェース回路22A、22Bおよび22Cは、組電池11に接続されている高電圧回路とマイコン2を含む低電圧回路との間の絶縁性を確保するために、高抵抗の入力インピーダンスをそれぞれ有している。
In the present embodiment, the high voltage measurement
マイコン2は、インターフェース回路22Aを介して第1の電圧を測定する際には、切替スイッチ20A1および20A2をオン状態に切り替え、インターフェース回路22Aから出力される第1の電圧をデジタル値に変換して取り込む。マイコン2は、インターフェース回路22Bを介して第2の電圧を測定する際には、切替スイッチ20B1および20B2をオン状態に切り替え、インターフェース回路22Bから出力される第2の電圧をデジタル値に変換して取り込む。マイコン2は、インターフェース回路22Cを介して第3の電圧を測定する際には、切替スイッチ20C1および20C2をオン状態に切り替え、インターフェース回路22Cから出力される第3の電圧をデジタル値に変換して取り込む。なお、第1の電圧の測定結果は、組電池11の総電圧値として用いられる。この総電圧値と、セル電圧監視IC5から取得した各電池セル10の電圧の合計値とを比較することで、第1の電圧の測定結果の整合性を診断することができる。
When the
以上説明したようにして取得される第1〜第3の電圧の各測定結果に基づいて、マイコン2はリレー監視制御を行う。具体的には、第1の電圧の測定および第2の電圧の測定を同期して行い、これらの測定結果を比較する。その結果、第1の電圧と第2の電圧が一致していれば、正極側メインリレー12が導通状態であると判断し、一致していなければ、正極側メインリレー12が開放(遮断)状態であると判断する。これにより、マイコン2は正極側メインリレー12の状態を検出することができる。またマイコン2は、第1の電圧の測定および第3の電圧の測定を同期して行い、これらの測定結果を比較する。その結果、第1の電圧と第3の電圧が一致していれば、負極側メインリレー15が導通状態であると判断し、一致していなければ、負極側メインリレー15が開放(遮断)状態であると判断する。これにより、マイコン2は負極側メインリレー15の状態を検出することができる。こうして検出した正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態に基づいて、マイコン2は、これらのリレーが正常に動作しているか否かを診断し、リレー監視制御を行うことができる。なお、マイコン2が第1〜第3の電圧の測定切替に要する時間は、マイコン2の入力チャネル切替時間に応じて定まり、一般的には数μs程度である。そのため、上記のように第1の電圧の測定と第2の電圧または第3の電圧の測定とを同期して行うことで、マイコン2はこれらの電圧測定を、タイムラグなしでほぼ同時に行うことができる。
Based on the measurement results of the first to third voltages acquired as described above, the
インターフェース回路22Bおよび22Cの入力側には、バイアス抵抗21がそれぞれ接続されている。正極側メインリレー12または負極側メインリレー15が開放状態となったときには、このバイアス抵抗21を介して、Xコンデンサ17に充電されている電荷が放電される。これにより、第1の電圧と第2の電圧または第3の電圧との間に、有意な電位差を発生させることができる。そのため、これらの電圧をマイコン2で測定することで、正極側メインリレー12または負極側メインリレー15が開放状態であることを確実に検出することができる。
次に、図4および図5を用いて、リレー監視制御におけるマイコン2の制御シーケンスおよび動作期待値について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図であり、図5は、本発明の第1の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
Next, the control sequence and expected operation value of the
図4および図5では、図中上側の部分にタイミングチャートを示し、図中下側の部分に判定表を示している。上側のタイミングチャートでは、マイコン2の制御シーケンスの例として、各リレーの制御タイミングおよび第1〜第3の電圧の測定タイミングを例示している。また、Xコンデンサ17の端子間電圧および第1〜第3の各電圧の変化の様子を例示している。一方、下側の判定表では、マイコン2の動作期待値の例として、第1〜第3の各電圧の測定値と、これらの測定値から得られる正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態判定結果とを例示している。なお、図中に破線で示したタイミングチャートの各区間は、図4では判定表の区間1〜区間6にそれぞれ対応し、図5では判定表の区間1〜区間7にそれぞれ対応する。また、図4および図5において、「総電圧」、「正極側リレー電圧」、「負極側リレー電圧」は、第1の電圧、第2の電圧、第3の電圧をそれぞれ表すものとする。
4 and 5, a timing chart is shown in the upper part of the drawing, and a determination table is shown in the lower part of the drawing. In the upper timing chart, the control timing of each relay and the measurement timing of the first to third voltages are illustrated as an example of the control sequence of the
図4および図5に示すように、マイコン2は、第1の電圧の測定を所定の周期ごとに実行する。またマイコン2は、この第1の電圧の測定にそれぞれ同期して、第2の電圧および第3の電圧の測定を、それぞれ所定周期ごとに交互に実行する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図4において、区間1は、モータ19により駆動される不図示の上位システムが停止状態であるときの期間に対応する区間である。この区間1では、図1に示した電池システムにおいて、正極側メインリレー12、プリチャージリレー13および負極側メインリレー15が全て開放状態である。区間1においてマイコン2により測定される第1の電圧は、組電池11の総電圧V1に等しい。一方、Xコンデンサ17が放電状態であることから、第2の電圧(正極側リレー電圧)および第3の電圧(負極側リレー電圧)はいずれも0Vである。すなわち、これらのリレー電圧の測定値は、所定の閾値Vth1よりも小さくなる。したがってマイコン2は、これらのリレー電圧の測定値と第1の電圧の測定値V1との差から、正極側メインリレー12および負極側メインリレー15がいずれも開放状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
In FIG. 4,
図4において、区間2〜5は、上位システムが起動して図1の電池システムが動作を開始するまでの一連の期間に対応する区間である。区間2は、負極側メインリレー15が接続状態に切り替えられてからプリチャージリレー13が接続状態に切り替えられるまでの期間に対応する。この区間2では、正極側メインリレー12およびプリチャージリレー13は開放状態のままである。そのため、区間1と同様に、区間2においてマイコン2により測定される第1の電圧は組電池11の総電圧V1であり、第2の電圧は0Vである。一方、負極側メインリレー15は開放状態から接続状態に切り替えられている。そのため区間2では、組電池11の総電圧V1が第3の電圧として測定される。したがってマイコン2は、第1の電圧と第3の電圧が一致することから、負極側メインリレー15が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
In FIG. 4,
区間3は、プリチャージリレー13が接続状態に切り替えられてからXコンデンサ17が充電されるまでの期間に対応する。この区間3では、プリチャージリレー13および負極側メインリレー15が接続状態となることで、Xコンデンサ17の充電が開始される。区間3で測定される第2の電圧をV2とすると、Xコンデンサ17の充電状態に応じた端子間電圧が電圧V2として測定されると共に、組電池11の総電圧V1が第3の電圧として測定される。したがってマイコン2は、区間2の場合と同様に、第1の電圧と第3の電圧が一致することから、負極側メインリレー15が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。なお、マイコン2がXコンデンサ17のプリチャージ完了判定を行うための閾値をVth3とすると、区間3ではV2<Vth3である。そのため、Xコンデンサ17のプリチャージが継続される。
区間4は、Xコンデンサ17が充電された後、正極側メインリレー12が接続状態に切り替えられてからプリチャージリレー13が開放状態に切り替えられるまでの期間に対応する。区間4で測定される第2の電圧をV3とすると、Xコンデンサ17の充電が進んで電圧V3が上昇し、上記の閾値Vth3を上回ることで、マイコン2はXコンデンサ17のプリチャージが完了したと判断する。するとマイコン2は、正極側メインリレー12を接続状態に切り替えた後、プリチャージリレー13を開放状態に切り替える。
Section 4 corresponds to a period from when the
区間5は、プリチャージリレー13が開放状態に切り替えられた後の期間に対応する。この区間5では、Xコンデンサ17の充電が完了しており、Xコンデンサ17の端子間電圧は組電池11の総電圧V1と等しい。また、正極側メインリレー12およびプリチャージリレー13が接続状態に切り替えられている。そのため区間5では、組電池11の総電圧V1が第2の電圧および第3の電圧としてそれぞれ測定される。したがってマイコン2は、第1の電圧と第2の電圧および第3の電圧とがそれぞれ一致することから、正極側メインリレー12および負極側メインリレー15が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
図4において、区間6は、区間5の経過後に正極側メインリレー12および負極側メインリレー15がいずれも正常状態であるときの期間に対応する。この区間6では、区間5と同様に、組電池11の総電圧V1が第2の電圧および第3の電圧としてそれぞれ測定される。したがってマイコン2は、第1の電圧と第2の電圧および第3の電圧とがそれぞれ一致することから、正極側メインリレー12および負極側メインリレー15が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。その結果、マイコン2は、これらのリレーが意図せずに開放状態となる異常が発生していないことを確認することができる。
In FIG. 4, section 6 corresponds to a period when both positive-side
図5では、区間1〜5において図4と同様の動作が行われた後、区間6において負極側メインリレー15が意図せずに開放状態に切り替えられた場合を示している。この場合、組電池11の総電圧V1が第2の電圧として測定される一方で、区間6で測定される第3の電圧をV4とすると、Xコンデンサ17の充電状態に応じた端子間電圧が電圧V4として測定される。負極側メインリレー15が開放状態になると、前述のようにXコンデンサ17に充電された電荷がバイアス抵抗21を介して放電されることで、Xコンデンサ17の端子間電圧は徐々に低下する。ここで、マイコン2がリレー開放判定を行うための閾値をVth2とし、第1の電圧と第2の電圧または第3の電圧との差がこの閾値Vth2を超えたときに、マイコン2は正極側メインリレー12または負極側メインリレー15が開放状態にあると判断することとする。区間6ではXコンデンサ17にまだ多くの電荷が残っているため、V4>V1−Vth2である。そのため、この時点では負極側メインリレー15が正常な状態にあると判断される。
FIG. 5 shows a case where the negative
一方、区間7で測定される第3の電圧をV5とすると、Xコンデンサ17の放電が進んで端子間電圧が低下することでV5<V1−Vth2となり、負極側メインリレー15が開放状態であることをマイコン2が検出する。この負極側メインリレー15の状態検出結果から、マイコン2は、負極側メインリレー15において意図しない異常な開放状態への切り替えが発生したと判断することができる。
On the other hand, when the third voltage measured in the section 7 is V5, the discharge of the
以上説明したようなリレー監視制御により、マイコン2は、正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態を監視し、異常発生の有無を検知することができる。
Through the relay monitoring control as described above, the
以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the 1st Embodiment of this invention demonstrated above, there exist the following effects.
(1)電池監視装置23は、二次電池である組電池11の正極端子および負極端子と負荷であるインバータ18の間にそれぞれ接続された正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態を検出するための電圧測定を行うマイコン2と、マイコン2と正極側メインリレー12および負極側メインリレー15との間に設けられた高電圧測定インターフェース回路群22と、を備える。正極側メインリレー12は、組電池11の正極端子側に設けられた第1の正極接点と、インバータ18側に設けられた第2の正極接点との間を、導通または遮断する。負極側メインリレー15は、組電池11の負極端子側に設けられた第1の負極接点と、インバータ18側に設けられた第2の負極接点との間を、導通または遮断する。マイコン2は、第1の正極接点と第1の負極接点との間の第1の電圧と、第2の正極接点と第1の負極接点との間の第2の電圧と、第1の正極接点と第2の負極接点との間の第3の電圧とを、高電圧測定インターフェース回路群22を介してそれぞれ測定可能である。またマイコン2は、第1の電圧の測定および第2の電圧の測定を同期して行ったときの第1の電圧の測定結果および第2の電圧の測定結果に基づいて、正極側メインリレー12の状態を検出する。さらにマイコン2は、第1の電圧の測定および第3の電圧の測定を同期して行ったときの第1の電圧の測定結果および第3の電圧の測定結果に基づいて、負極側メインリレー15の状態を検出する。このようにしたので、組電池11の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた正極側メインリレー12および負極側メインリレー15の状態を正しく検出することができる。
(1) The battery monitoring device 23 indicates the states of the positive-side
(2)電池監視装置23は、第1の正極接点、第2の正極接点、第1の負極接点および第2の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群22との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群20をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群20は、第1の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間にそれぞれ接続された切替スイッチ20A2および切替スイッチ20C2と、第2の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続された切替スイッチ20B2と、第1の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間にそれぞれ接続された切替スイッチ20A1および切替スイッチ20B1と、第2の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続された切替スイッチ20C1と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群22は、切替スイッチ20A2および切替スイッチ20A1を介して第1の電圧をマイコン2に出力するインターフェース回路22Aと、切替スイッチ20B2および切替スイッチ20B1を介して第2の電圧をマイコン2に出力するインターフェース回路22Bと、切替スイッチ20C2および切替スイッチ20C1を介して第3の電圧をマイコン2に出力するインターフェース回路22Cと、を含む。このようにしたので、マイコン2において、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。
(2) The battery monitoring device 23 determines the connection state between at least one of the first positive contact, the second positive contact, the first negative contact, and the second negative contact and the high voltage measurement
−第2の実施形態−
図2は、本発明の第2の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図2に示す電池システムにおいて、図1に示した第1の実施形態による電池システムとの違いは、高電圧測定インターフェース回路群22が2つのインターフェース回路22Aおよび22Dにより構成されている点である。-Second Embodiment-
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a battery system including a battery monitoring device according to the second embodiment of the present invention. The battery system shown in FIG. 2 is different from the battery system according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the high voltage measurement
本実施形態において、インターフェース回路22Dは、図1のインターフェース回路22Bおよび22Cに替えて用いられるものである。すなわちインターフェース回路22Dは、切替スイッチ20B1および20B2を介して、第2の電圧をマイコン2に出力する。さらに、切替スイッチ20C1および20C2を介して、第3の電圧をマイコン2に出力する。マイコン2は、このインターフェース回路22Dを介して、第2の電圧および第3の電圧を測定可能である。なお、インターフェース回路22Dの入力側には、バイアス抵抗21が接続されている。
In the present embodiment, the interface circuit 22D is used in place of the
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した(1)と同様の作用効果を奏すると共に、下記(3)の作用効果を奏する。 According to the second embodiment of the present invention described above, the same operational effects as (1) described in the first embodiment and the following operational effects (3) are achieved.
(3)電池監視装置23は、第1の正極接点、第2の正極接点、第1の負極接点および第2の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群22との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群20をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群20は、第1の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間にそれぞれ接続された切替スイッチ20A2および切替スイッチ20C2と、第2の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続された切替スイッチ20B2と、第1の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間にそれぞれ接続された切替スイッチ20A1および切替スイッチ20B1と、第2の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続された切替スイッチ20C1と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群22は、切替スイッチ20A2および切替スイッチ20A1を介して第1の電圧をマイコン2に出力するインターフェース回路22Aと、切替スイッチ20B2および切替スイッチ20B1を介して第2の電圧をマイコン2に出力すると共に、切替スイッチ20C2および切替スイッチ20C1を介して第3の電圧をマイコン2に出力するインターフェース回路22Dと、を含む。このようにしたので、マイコン2において、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。さらに、第1の実施形態と比べて、高電圧測定インターフェース回路群22の回路規模を小さくし、部品点数の削減を図ることができる。
(3) The battery monitoring device 23 determines the connection state between at least one of the first positive contact, the second positive contact, the first negative contact and the second negative contact and the high voltage measurement
−第3の実施形態−
図3は、本発明の第3の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図3に示す電池システムにおいて、図1に示した第1の実施形態による電池システムとの違いは、高電圧測定インターフェース回路群22がA/Dコンバータ24および3つのインターフェース回路22E、22Fおよび22Gにより構成されている点と、センサ接続切替スイッチ群20が3つの切替スイッチ20A2、20B2および20C2のみによって構成されている点である。また、電池監視装置23が絶縁電源25、絶縁通信素子26およびLDO(低ドロップアウトリニアレギュレータ)27をさらに有する点も、第1の実施形態による電池システムとは異なっている。-Third embodiment-
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a battery system including a battery monitoring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The battery system shown in FIG. 3 is different from the battery system according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that the high voltage measurement
インターフェース回路22Eは、切替スイッチ20A2を介して入力された第1の電圧を、A/Dコンバータ24の入力電圧範囲内の電圧に変換し、A/Dコンバータ24に出力する。インターフェース回路22Fは、切替スイッチ20B2を介して入力された第2の電圧を、A/Dコンバータ24の入力電圧範囲内の電圧に変換し、A/Dコンバータ24に出力する。インターフェース回路22Gは、切替スイッチ20C2を介して入力された第3の電圧を、A/Dコンバータ24の入力電圧範囲内の電圧に変換し、A/Dコンバータ24に出力する。A/Dコンバータ24は、入力された第1〜第3の電圧をデジタル値にそれぞれ変換し、絶縁通信素子26を介してマイコン2に出力する。マイコン2は、第1〜第3の電圧のデジタル値をA/Dコンバータ24からそれぞれ取得することで、第1〜第3の電圧をそれぞれ測定することができる。
The interface circuit 22E converts the first voltage input through the changeover switch 20A2 into a voltage within the input voltage range of the A / D converter 24, and outputs the voltage to the A / D converter 24. The
絶縁電源25は、電源IC1から供給される電源に基づいて、電源IC1から絶縁された電源をLDO27に供給する。LDO27は、絶縁電源25から供給される電源に基づいて、A/Dコンバータ24の動作電源を生成し、A/Dコンバータ24に供給する。
The
図3の電池システムにおいて、高電圧測定インターフェース回路群22と電源IC1およびマイコン2との間の絶縁性は、絶縁電源25および絶縁通信素子26により確保されている。これにより、高電圧測定インターフェース回路群22の入力インピーダンスが低くても、組電池11に接続されている高電圧回路とマイコン2を含む低電圧回路との間の絶縁性を確保することができる。したがって、センサ接続切替スイッチ群20を正極側の切替スイッチ20A2、20B2および20C2のみで構成し、図1や図2に示した負極側の切替スイッチ20A1、20B1および20C1を省略することができる。また、インターフェース回路22E、22Fおよび22Gの抵抗をバイアス抵抗として用いることができ、図1や図2に示したバイアス抵抗21を省略することができる。
In the battery system of FIG. 3, the insulation between the high voltage measurement
図3に示すように、本実施形態の電池システムでは、第1の正極接点から切替スイッチ20A2および20C2への分岐を電池監視装置23の内部で行う構成としてもよい。これにより、電池監視装置23の接続線やコネクタ端子の数を減らして、構造の簡略化を図ることができる。 As shown in FIG. 3, the battery system of the present embodiment may be configured such that the branch from the first positive contact to the changeover switches 20 </ b> A <b> 2 and 20 </ b> C <b> 2 is performed inside the battery monitoring device 23. Thereby, the number of connection lines and connector terminals of the battery monitoring device 23 can be reduced, and the structure can be simplified.
なお、本実施形態の電池システムでは、図1、2にそれぞれ示した第1、第2の実施形態による電池システムと比較して、第3の電圧の正負が反転して検出される。この点について、以下に図6および図7を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図であり、図7は、本発明の第3の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。 In the battery system according to the present embodiment, the sign of the third voltage is inverted and detected as compared with the battery systems according to the first and second embodiments shown in FIGS. This point will be described below with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram showing an example of a normal control sequence and expected operation value according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a control sequence and operation at the time of abnormality according to the third embodiment of the present invention. It is a figure which shows the example of an expected value.
図4および図5と同様に、図6および図7では、図中上側の部分にタイミングチャートを示し、図中下側の部分に判定表を示している。図6、図7において、上側のタイミングチャートでは、最下段に示した第3の電圧の変化の様子以外の部分は、図4、図5のものとそれぞれ同一である。また、下側の判定表では、第3の電圧の測定値以外の部分は、図4、図5のものとそれぞれ同一である。 Similar to FIGS. 4 and 5, in FIGS. 6 and 7, a timing chart is shown in the upper part of the drawing, and a determination table is shown in the lower part of the drawing. 6 and 7, the upper timing charts are the same as those in FIGS. 4 and 5 except for the state of the third voltage change shown in the lowermost stage. In the lower determination table, the portions other than the measured value of the third voltage are the same as those in FIGS. 4 and 5, respectively.
図6および図7において、区間1ではXコンデンサ17が放電状態であることから、マイコン2により測定される第3の電圧(負極側リレー電圧)は、組電池11の総電圧V1に等しい。ここで、マイコン2が負極側メインリレー15の開放判定を行うための閾値をVth4とし、第1の電圧と第3の電圧との差がこの閾値Vth4を下回ったときに、マイコン2は負極側メインリレー15が開放状態にあると判断することとする。区間1では第1の電圧と第3の電圧が共にV1で等しいため、負極側メインリレー15が開放状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
In FIG. 6 and FIG. 7, since the
区間2では、負極側メインリレー15が開放状態から接続状態に切り替えられているため、第3の電圧の測定値は0Vとなり、前述の閾値Vth1よりも小さい。すなわち、第1の電圧と第3の電圧との差は、上記の閾値Vth4よりも小さくなる。したがってマイコン2は、負極側メインリレー15が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
In
図6の場合、区間2以降では負極側メインリレー15が接続状態のままであるため、区間3〜6でも区間2と同様の動作および判定がマイコン2により行われる。一方、図7の場合は、区間6において負極側メインリレー15が意図せずに開放状態に切り替えられている。そのため、区間6で測定される第3の電圧V4は、組電池11の総電圧V1からXコンデンサ17の充電状態に応じた端子間電圧を差し引いた電圧に等しくなる。負極側メインリレー15が開放状態になると、Xコンデンサ17に充電された電荷がインターフェース回路22Gを介して放電されることで、Xコンデンサ17の端子間電圧は徐々に低下する。区間6ではXコンデンサ17にまだ多くの電荷が残っているため、V4>Vth1とはなるものの、V4<V1−Vth4である。そのため、この時点では負極側メインリレー15が正常な状態にあると判断される。
In the case of FIG. 6, since the negative side
その後は、Xコンデンサ17の放電が進んで端子間電圧が低下することにより、第3の電圧は上昇し、区間7で測定される第3の電圧V5ではV5>V1−Vth4となる。これにより、負極側メインリレー15が開放状態であることをマイコン2が検出する。この負極側メインリレー15の状態検出結果から、マイコン2は、負極側メインリレー15において意図しない異常な開放状態への切り替えが発生したと判断することができる。
Thereafter, as the discharge of the
以上説明した本発明の第3の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した(1)と同様の作用効果を奏すると共に、下記(4)の作用効果を奏する。 According to the third embodiment of the present invention described above, the same operational effects as (1) described in the first embodiment and the following (4) operational effects are exhibited.
(4)電池監視装置23は、第1の正極接点、第2の正極接点、第1の負極接点および第2の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群22との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群20をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群20は、第1の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間にそれぞれ接続された切替スイッチ20A2および切替スイッチ20C2と、第2の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群22との間に接続された切替スイッチ20B2と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群22は、A/Dコンバータ24と、切替スイッチ20A2を介して第1の電圧をA/Dコンバータ24に出力するインターフェース回路22Eと、切替スイッチ20B2を介して第2の電圧をA/Dコンバータ24に出力するインターフェース回路22Fと、切替スイッチ20C2を介して第3の電圧をA/Dコンバータ24に出力するインターフェース回路22Gと、を含む。A/Dコンバータ24は、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧をデジタル値にそれぞれ変換してマイコン2に出力する。このようにしたので、マイコン2において、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。さらに、第1の実施形態と比べて、センサ接続切替スイッチ群20を構成する切替スイッチの数を減らすと共にバイアス抵抗21を省略し、部品点数の削減を図ることができる。
(4) The battery monitoring device 23 determines the connection state between at least one of the first positive contact, the second positive contact, the first negative contact, and the second negative contact and the high voltage measurement
以上説明した各実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。 Each embodiment and modification described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired.
1:電源IC
2:マイコン
3:通信インターフェース回路
4A、4B:絶縁通信素子
5:セル電圧監視IC
7:リレー制御部
8:電流センサインターフェース回路
9:電流センサ
10:電池セル
11:組電池
12:正極側メインリレー
13:プリチャージリレー
14:プリチャージ抵抗
15:負極側メインリレー
16A、16B:Yコンデンサ
17:Xコンデンサ
18:インバータ
19:モータ
20:センサ接続切替スイッチ群
21:バイアス抵抗
22:高電圧測定インターフェース回路群
23:電池監視装置
24:A/Dコンバータ
25:絶縁電源
26:絶縁通信素子
27:LDO1: Power supply IC
2: Microcomputer 3: Communication interface circuit 4A, 4B: Insulation communication element 5: Cell voltage monitoring IC
7: Relay control unit 8: Current sensor interface circuit 9: Current sensor 10: Battery cell 11: Battery pack 12: Positive side main relay 13: Precharge relay 14: Precharge resistor 15: Negative side
Claims (5)
前記電圧測定回路と前記正極側継電器および前記負極側継電器との間に設けられたインターフェース回路群と、を備え、
前記正極側継電器は、前記二次電池の正極端子側に設けられた第1の正極接点と、前記負荷側に設けられた第2の正極接点との間を、導通または遮断し、
前記負極側継電器は、前記二次電池の負極端子側に設けられた第1の負極接点と、前記負荷側に設けられた第2の負極接点との間を、導通または遮断し、
前記電圧測定回路は、
前記第1の正極接点と前記第1の負極接点との間の第1の電圧と、前記第2の正極接点と前記第1の負極接点との間の第2の電圧と、前記第1の正極接点と前記第2の負極接点との間の第3の電圧とを、前記インターフェース回路群を介してそれぞれ測定可能であり、
前記第1の電圧の測定および前記第2の電圧の測定を同期して行ったときの前記第1の電圧の測定結果および前記第2の電圧の測定結果に基づいて、前記正極側継電器の状態を検出し、
前記第1の電圧の測定および前記第3の電圧の測定を同期して行ったときの前記第1の電圧の測定結果および前記第3の電圧の測定結果に基づいて、前記負極側継電器の状態を検出する電池監視装置。A voltage measurement circuit that performs voltage measurement for detecting the state of the positive side relay and the negative side relay connected between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the secondary battery and the load, and
An interface circuit group provided between the voltage measurement circuit and the positive-side relay and the negative-side relay, and
The positive side relay conducts or cuts off between a first positive contact provided on the positive terminal side of the secondary battery and a second positive contact provided on the load side,
The negative electrode side relay conducts or cuts off between a first negative electrode contact provided on the negative electrode terminal side of the secondary battery and a second negative electrode contact provided on the load side,
The voltage measurement circuit includes:
A first voltage between the first positive contact and the first negative contact; a second voltage between the second positive contact and the first negative contact; A third voltage between the positive electrode contact and the second negative electrode contact can be measured via the interface circuit group;
The state of the positive-side relay based on the measurement result of the first voltage and the measurement result of the second voltage when the measurement of the first voltage and the measurement of the second voltage are performed in synchronization. Detect
Based on the measurement result of the first voltage and the measurement result of the third voltage when the measurement of the first voltage and the measurement of the third voltage are performed in synchronization, the state of the negative-side relay Battery monitoring device to detect.
前記第1の正極接点、前記第2の正極接点、前記第1の負極接点および前記第2の負極接点のいずれか少なくとも一つと前記インターフェース回路群との接続状態を切り替えるための切替スイッチ群をさらに備える電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 1,
A selector switch group for switching a connection state between at least one of the first positive contact, the second positive contact, the first negative contact, and the second negative contact and the interface circuit group; Battery monitoring device provided.
前記切替スイッチ群は、前記第1の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第1の切替スイッチおよび第2の切替スイッチと、前記第2の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第3の切替スイッチと、前記第1の負極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第4の切替スイッチおよび第5の切替スイッチと、前記第2の負極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第6の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、前記第1の切替スイッチおよび前記第4の切替スイッチを介して前記第1の電圧を前記電圧測定回路に出力する第1のインターフェース回路と、前記第3の切替スイッチおよび前記第5の切替スイッチを介して前記第2の電圧を前記電圧測定回路に出力する第2のインターフェース回路と、前記第2の切替スイッチおよび前記第6の切替スイッチを介して前記第3の電圧を前記電圧測定回路に出力する第3のインターフェース回路と、を含む電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 2,
The changeover switch group includes a first changeover switch and a second changeover switch connected between the first positive electrode contact and the interface circuit group, the second positive electrode contact, and the interface circuit group, respectively. A third changeover switch connected between the first negative electrode contact and the interface circuit group, a fourth changeover switch and a fifth changeover switch, respectively, and the second negative electrode. A sixth changeover switch connected between the contact point and the interface circuit group,
The interface circuit group includes a first interface circuit that outputs the first voltage to the voltage measurement circuit via the first changeover switch and the fourth changeover switch, the third changeover switch, and the third changeover switch. A second interface circuit that outputs the second voltage to the voltage measurement circuit via a fifth changeover switch; and the third voltage via the second changeover switch and the sixth changeover switch. And a third interface circuit for outputting to the voltage measuring circuit.
前記切替スイッチ群は、前記第1の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第1の切替スイッチおよび第2の切替スイッチと、前記第2の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第3の切替スイッチと、前記第1の負極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第4の切替スイッチおよび第5の切替スイッチと、前記第2の負極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第6の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、前記第1の切替スイッチおよび前記第4の切替スイッチを介して前記第1の電圧を前記電圧測定回路に出力する第1のインターフェース回路と、前記第3の切替スイッチおよび前記第5の切替スイッチを介して前記第2の電圧を前記電圧測定回路に出力すると共に、前記第2の切替スイッチおよび前記第6の切替スイッチを介して前記第3の電圧を前記電圧測定回路に出力する第4のインターフェース回路と、を含む電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 2,
The changeover switch group includes a first changeover switch and a second changeover switch connected between the first positive electrode contact and the interface circuit group, the second positive electrode contact, and the interface circuit group, respectively. A third changeover switch connected between the first negative electrode contact and the interface circuit group, a fourth changeover switch and a fifth changeover switch, respectively, and the second negative electrode. A sixth changeover switch connected between the contact point and the interface circuit group,
The interface circuit group includes a first interface circuit that outputs the first voltage to the voltage measurement circuit via the first changeover switch and the fourth changeover switch, the third changeover switch, and the third changeover switch. The second voltage is output to the voltage measurement circuit via a fifth changeover switch, and the third voltage is supplied to the voltage measurement circuit via the second changeover switch and the sixth changeover switch. A battery monitoring device including a fourth interface circuit for outputting.
前記切替スイッチ群は、前記第1の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第1の切替スイッチおよび第2の切替スイッチと、前記第2の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第3の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、A/Dコンバータと、前記第1の切替スイッチを介して前記第1の電圧を前記A/Dコンバータに出力する第5のインターフェース回路と、前記第3の切替スイッチを介して前記第2の電圧を前記A/Dコンバータに出力する第6のインターフェース回路と、前記第2の切替スイッチを介して前記第3の電圧を前記A/Dコンバータに出力する第7のインターフェース回路と、を含み、
前記A/Dコンバータは、前記第1の電圧、前記第2の電圧および前記第3の電圧をデジタル値にそれぞれ変換して前記電圧測定回路に出力する電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 2,
The changeover switch group includes a first changeover switch and a second changeover switch connected between the first positive electrode contact and the interface circuit group, the second positive electrode contact, and the interface circuit group, respectively. A third changeover switch connected between
The interface circuit group includes an A / D converter, a fifth interface circuit that outputs the first voltage to the A / D converter via the first changeover switch, and a third changeover switch. A sixth interface circuit for outputting the second voltage to the A / D converter, and a seventh interface circuit for outputting the third voltage to the A / D converter via the second changeover switch. And including
The A / D converter is a battery monitoring apparatus that converts the first voltage, the second voltage, and the third voltage into digital values and outputs the digital values to the voltage measurement circuit.
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